Fiberoptisk kommunikation

Fiberoptisk kommunikation  är en metod för att överföra information som använder elektromagnetisk strålning från det optiska (nära infraröda ) området som informationssignalbärare och fiberoptiska kablar som styrsystem . På grund av den höga bärvågsfrekvensen och breda multiplexeringsmöjligheterna är genomströmningen av fiberoptiska linjer många gånger större än genomströmningen för alla andra kommunikationssystem och kan mätas i terabit per sekund. Den låga dämpningen av ljus i en optisk fiber gör det möjligt att använda fiberoptisk kommunikation över avsevärda avstånd utan användning av förstärkare. Fiberoptisk kommunikation är fri från elektromagnetiska störningar och är svår att komma åt för obehörig användning: det är tekniskt sett extremt svårt att avlyssna en signal som sänds över en optisk kabel obemärkt.

Fysisk grund

Fiberoptisk kommunikation är baserad på fenomenet total intern reflektion av elektromagnetiska vågor vid gränssnittet mellan dielektrika med olika brytningsindex . En optisk fiber består av två element - en kärna, som är en direkt ljusledare, och en mantel. Kärnans brytningsindex är något högre än skalets brytningsindex, på grund av vilket ljusstrålen, som upplever flera reflektioner vid gränsytan mellan kärna och skal, fortplantar sig i kärnan utan att lämna den.

Applikation

Fiberoptisk kommunikation används alltmer inom alla områden - från datorer och rymd-, flyg- och fartygssystem ombord , till system för att överföra information över långa avstånd, till exempel en fiberoptisk kommunikationslinje Västeuropa  - Japan , till stor del varav passerar genom Rysslands territorium . Dessutom ökar den totala längden på undervattens fiberoptiska kommunikationslinjer mellan kontinenter .

Fiber till varje hem ( eng.  Fiber to the premises, FTTP eller Fiber to the home, FTTH ) är en term som används av telekommunikationsinternetleverantörer för att hänvisa till bredbandstelekommunikationssystem som bygger på att leda en fiberkanal och avsluta den på slutanvändarens territorium av installation av en optisk terminalutrustning för tillhandahållande av en rad telekommunikationstjänster, inklusive:

• höghastighetsanslutning till Internet;
• telefonkommunikationstjänster;
• tv-mottagningstjänster.

Kostnaden för att använda fiberoptisk teknik minskar, vilket gör denna tjänst konkurrenskraftig med traditionella tjänster.

Historik

Historien om dataöverföringssystem över långa avstånd bör börja med antiken, då människor använde röksignaler. Sedan dess har dessa system förbättrats dramatiskt, först dök telegrafen upp , sedan koaxialkabeln . I sin utveckling stötte dessa system förr eller senare på grundläggande begränsningar : för elektriska system är detta fenomenet signaldämpning på ett visst avstånd, för mikrovågssystem - bärfrekvensen. Därför fortsatte sökandet efter i grunden nya system, och under andra hälften av 1900-talet fann man en lösning - det visade sig att signalöverföring med hjälp av ljus är mycket effektivare än både elektriska och mikrovågssignaler.

1966 introducerade Kao och Hockham vid STC Laboratory ( STL ) vanliga optiska glasfilament som hade hög dämpning (1000 dB/km) på grund av de föroreningar de innehöll, som i princip kunde avlägsnas. Dämpningen i en kopparkoaxialkabel var vid den tiden endast 5-10 dB/km.

Det fanns två globala problem i utvecklingen av optiska dataöverföringssystem: ljuskällan och signalbäraren. Den första löstes med uppfinningen av lasrar 1960, den andra med tillkomsten av högkvalitativa optiska kablar 1970. Det utvecklades av Corning Incorporated . Dämpningen i sådana kablar var cirka 20 dB/km, vilket var helt acceptabelt för signalöverföring i telekommunikationssystem. Samtidigt utvecklades ganska kompakta halvledar-GaAs-lasrar.

Efter intensiv forskning mellan 1975 och 1980 dök det första kommersiella fiberoptiska systemet upp, som arbetade med ljus vid en våglängd på 0,8 mikron och med en galliumarsenid (GaAs) halvledarlaser. Bithastigheten för den första generationens system var 45 Mbps, avståndet mellan repeatrarna var 10 km.

Den 22 april 1977 i Long Beach, Kalifornien, var General Telephone and Electronics den första som använde en optisk länk för att överföra telefontrafik med 6 Mbps.

Den andra generationen av fiberoptiska system utvecklades för kommersiellt bruk i början av 1980-talet. De opererade med ljus med en våglängd på 1,3 mikron från InGaAsP-lasrar. Sådana system var dock fortfarande begränsade på grund av spridningen som sker i kanalen. Men redan 1987 fungerade dessa system i hastigheter upp till 1,7 Gbit/s med ett avstånd mellan repeater på 50 km.

I Sovjetunionen testades första generationens fiberoptiska system i slutet av 1970-talet. En av de första fiberoptiska kommunikationslinjerna installerades vid datorcentralen i statens kraftverk i Konakovo. I slutet av 1985, förutom kommunikation inom objekt, skapade industriföretag fiberoptiska linjer för kommunikation inom staden (i Moskva, Leningrad, Gorkij och Zelenograd) [1] . Senare, i januari 1988, togs en fiberoptisk kommunikationslinje i drift, skapad inom ramen för ett mellanstatligt avtal mellan Sovjetunionen och DDR [2] .

Anläggningen av världens första transoceaniska fiberoptiska kommunikationslinje slutfördes 1988 (mellan Japan och USA), dess längd var cirka 10 tusen kilometer [3] . Den första transatlantiska optiska telefonkabeln ( TAT-8 ) togs i drift också 1988. Den baserades på laserförstärkningsteknik optimerad av E. Desurvir . TAT-8 utvecklades som den första undervattensfiberoptiska kabeln mellan USA och Europa.

Utvecklingen av vågmultiplexeringssystem gjorde det möjligt att öka dataöverföringshastigheten över en enskild fiber med flera gånger, och 2003 uppnåddes en överföringshastighet på 10,92 Tbps (273 optiska kanaler på 40 Gbps) med hjälp av WDM-tekniken. [4] År 2009 kunde Bell Labs , genom att multiplexera 155 kanaler på 100 Gbps, överföra data med en hastighet av 15,5 Tbps över ett avstånd på 7 000 km. [5] 2013 testade forskare vid Bell en brusreducerande teknik som kan sända 400 Gb/s över fiber över 12 800 km utan signalrepeterare. [6]

Se även

• fiberlaser
• Transparensfönster för optisk fiber
• sista milen
• Fiber till x
• Blixt
• Informationsläckagekanaler överförs via optiska kommunikationslinjer

Anteckningar

1. ↑ G. Kudryavtsev. Genom glastrådar // Radiomagasin, nr 12, 1985. s. 4-6
2. ↑ Ljuskommunikationens era // "Röda stjärnan" den 31 januari 1988
3. ↑ Vlasov Valery Viktorovich. Japan: industriell infrastruktur. - M.,: Nauka, 1991. - S. 121.
4. ↑ Listvin A. V., Listvin V. N., Shvyrkov D. V. Optiska fibrer för kommunikationslinjer. M.: LESARart, 2003
5. ↑ Alcatel ökar fiberhastigheten till 100 Petabits i labbet . Hämtad 28 oktober 2009. Arkiverad från originalet 24 oktober 2009. (obestämd)
6. ↑ Ny brusreduceringsteknik tillåter 400 Gb/s överföring över fiber över 12 800 km utan signalrepeterare  (ryska) . Arkiverad från originalet den 21 mars 2017. Hämtad 20 mars 2017.